[發明專利]一種用于TOF相機水下成像的圖像深度矯正方法

有效

• 申請號: 202110086451.1
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112946687B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 高劍;邊琛益;梁曉敏;張元旭
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S17/894
• 分類號: G01S17/894;G01S7/497
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 高凌君

本發明提出一種用于TOF相機水下成像的折射矯正方法，首先利用TOF相機采集水下圖像信息，獲取未校正前的圖像深度；進一步求解TOF相機產生的光信號在相機與水下密封外殼透明介質之間的空氣中的傳播距離和傳播時間，以及光信號在水下密封外殼透明介質內的傳播距離以及傳播時間；再根據公式解算出TOF相機校正后的深度信息。本發明針對TOF相機深度信息矯正需求，在snell定理的基礎上結合TOF相機深度信息成像原理推導出TOF相機水下深度信息獲取的定義式，實現TOF相機水下成像的折射矯正。

技術領域

本發明涉及相機水下成像技術領域，具體為一種用于TOF相機水下成像的圖像深度矯正方法。

背景技術

隨著海洋地質勘察、海洋資源勘探、軍民用水下實驗的研究與發展，水下光學成像、攝影攝像技術成為了探索海洋奧秘的基本方法之一，水下攝像機已成為水下機器人的標準配置。基于飛行時間原理(TOF)相機在普通相機二維成像的基礎上增加了紅外線相機，可以實現深度信息的識別和采集，獲取物體之間更加豐富的位置關系，能夠快速完成對目標的識別與追蹤，目前在水下對接，水下抓取等方向有著極為廣闊的應用前景。為了確保其能在水下環境工作，一般都會攝像機鏡頭前加裝防水外殼，但由于光線在不同介質中會發生折射現象，從而導致生成的圖像發生變化，影響圖像形成的幾何結構。

發明內容

目前對于水下相機折射矯正的研究和方法都是針對傳統的二維成像的針孔相機模型，并沒有相關文獻針對TOF相機深度信息矯正技術的研究。

為了確保TOF相機可以在水下環境中使用，通常會通過水密外殼對相機進行密封處理，TOF相機的深度信息是通過紅外相機采集光線折返時間進行求解，由于密封外殼以及光線在不同介質中傳播會發生折射的原因，TOF相機在水下密封外殼中采集到深度信息無法真實反饋水中目標物的深度距離，本發明在光線折射模型的基礎上，結合TOF相機獨特的深度信息獲取原理，提出了一種TOF相機水下成像的折射矯正方法，通過該方法可以獲得TOF相機在密封外殼中矯正后的深度信息，為TOF相機在水下的廣闊應用前景提供了基礎且必要的條件。

本發明的技術方案為：

所述一種用于TOF相機水下成像的折射矯正方法，包括以下步驟：

步驟1：采集水下圖像信息

利用TOF相機采集水下圖像信息，獲取未校正前的圖像深度d_m：

d_m＝(t_m/2)c_air

其中t_m是由TOF相機記錄的光信號從相機中發射到光信號從目標物返回的時間，c_air為光信號在空氣中的傳播速度；

步驟2：求解TOF相機產生的光信號在相機與水下密封外殼透明介質之間的空氣中的傳播距離l_a和傳播時間t_a，以及光信號在水下密封外殼透明介質內的傳播距離l_h以及傳播時間t_h；

步驟3：根據公式

d_w＝x_o+l_wX_w||X_w||